【摘 要】
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热声制冷是一种基于热声效应的新兴制冷技术,其结构简单易于维修,运行工质一般为空气等惰性气体,不需要依靠金属结构泵热,在恶劣工作环境中的使用寿命比传统制冷机更长。船舶系统中电子元件由于有着高性能、集成化等特点,电子设备箱散热差的问题容易导致船舶电子系统工作性能不稳定或失灵,甚至会因电子元件短路引发失火。将热声制冷技术引入船舶电子元件冷却领域,可以解决传统船舶散热设备能耗高、寿命短和污染环境等诸多问题
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热声制冷是一种基于热声效应的新兴制冷技术,其结构简单易于维修,运行工质一般为空气等惰性气体,不需要依靠金属结构泵热,在恶劣工作环境中的使用寿命比传统制冷机更长。船舶系统中电子元件由于有着高性能、集成化等特点,电子设备箱散热差的问题容易导致船舶电子系统工作性能不稳定或失灵,甚至会因电子元件短路引发失火。将热声制冷技术引入船舶电子元件冷却领域,可以解决传统船舶散热设备能耗高、寿命短和污染环境等诸多问题。本文首先阐述了国内外热声理论和热声制冷技术的研究进展,整理了目前热声制冷技术的优化方向。结合热力学和声学理论阐述了热声效应,推导出符合船舶热声冷却系统的线性热声理论。在理论基础上为船舶电子设备箱提出了热声冷却系统的设计方案,并使用DeltaEC和Matlab软件完成了热声制冷机的模拟运行和优化工作,最后搭建了热声制冷机模型和数据测量平台进行实验测试验证。本文研究工作以及成果如下:（1）研究了运行工况对热声制冷机制冷性能的影响,得到系统谐振频率、最佳驱动比和平均压力,并由此完成谐振管长度计算。（2）基于短板叠近似理论建立了回热器的数学模型,以回热器制冷系数为优化目标,回热器长度、中心位置和孔隙率为优化变量,借助布谷鸟优化算法完成优化工作,求得回热器最佳制冷系数COP为2.1。（3）完成热声制冷机设计方案后,利用DeltaEC研究了系统运行时流场和声场分布情况,系统内部声压和体积流率形成了接近90°的相位差。（4）根据实验测试可得,实机谐振频率为172Hz,回热器材料选择云母薄膜制冷效果更好。长度9cm、中心位置8cm、孔隙率0.75的回热器优化方案实验温差达到16.1℃,高于其他对比案例。证明了布谷鸟算法的优化结果是可靠且有效的。
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